DE3918888A1

DE3918888A1 - Verfahren zur bestimmung der wirkleistung einer gestellten rl-last

Info

Publication number: DE3918888A1
Application number: DE19893918888
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Hoffmann; Reinhard Dipl Ing Schwarzenau
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1990-12-13

Description

Durch RL-Lasten, wie z. B. Widerstandsschweißmaschinen mit Stellersteuerung, wird das speisende Energienetz durch Wirk- und Blindleistung belastet.

Zur Bestimmung dieser Leistungen sind Verfahren bekannt, bei denen eine Messung der Wirk- oder Blindleistung nach Integration über mindestens eine halbe Netzperiode erfolgt (hierzu z. B. "ETZ" 58 (1937) Heft 49, Seiten 1313 bis 1316 und Heft 50, Seiten 1341 bis 1344 oder "ETZ-A" (1964) Seiten 385 bis 390.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß das Meßergebnis erst nach Ablauf der Integrationszeit feststeht und ausgewertet werden kann.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Bestimmung der Grundschwingungs- Blindleistung einer mittels eines Wechselstromstellers gestellten RL-Last bekannt, bei dem eine Blindleistungsmessung ohne Integrationszeit, quasi verzögerungsfrei erfolgt (DE-OS 37 26 745). Dieses Verfahren basiert auf der Tatsache, daß der Stromzeitverlauf i_L einer gestellten RL-Last in bestimmter Weise mathematisch formulierbar und aus bestimmten Werten wie z. B. Scheitelwert der Lastspannung, der Lastimpedanz, dem Lastwinkel, dem Steuerwinkel α und der Netz-Kreisfrequenz berechenbar ist. Bei diesem Verfahren werden bei jedem neu beginnenden Stromfluß die Stromscheitelwerte _L bei vorgegebenem Steuerwinkel α gemessen und über feste mathematische und physikalische Zusammenhänge beim Betrieb der RL-Last die nötigen Hilfsparameter für eine folgende Leistungsbestimmung ermittelt. Die Leistungswerte werden gespeichert und stehen jeweils als Vorhersage des weiteren Blindleistungsbedarfs bereits für die jeweils nächste halbe Netzperiode - sich aktualisierend - zur Verfügung.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses für Blindleistungsbestimmung ausgelegte Verfahren prinzipiell auch für die Vorherbestimmung der Wirkleistungen bei einer RL-Last anwendbar zu machen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Stromscheitelwert _L gemessen wird und folgende zwei Kennlinienscharen bereits vorab berechnet und gespeichert werden:

(1) Lastwinkel ϕ_L als Funktion des Steuerwinkels α und der Phasenlage α_S des Stromscheitelwertes _L (Fig. 1),
(2) relative Wirkleistung P/S₅₀ als Funktion des Steuerwinkels α und des Lastwinkels ϕ_L (Fig. 2), anschließend der Steuerwinkel α bei beginnendem Stromfluß gemessen, und aus der Kennlinienschar die relative Grundschwingungs-Wirkleistung P/S₅₀ für diesen Steuerwinkel α und für einen bereits bekannten Lastwinkel ϕ_L, der sich aus der Kennlinie für diesen Steuerwinkel α ergibt, entnommen wird, wobei die Multiplikation der relativen Wirkleistung P/S₅₀ mit einer vorgegebenen Bezugsleistung S₅₀ den Wirkleistungswert P ergibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im nachstehenden anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den Lastwinkel ϕ_L in Abhängigkeit vom Steuerwinkel α des Stellers für verschiedene Phasenlagen α_S des Stromscheitelwertes _L als Parameter,

Fig. 2 die auf eine Bezugsleistung S₅₀ bezogene Wirkleistung P (relative Wirkleistung P/S₅₀) als Funktion des Steuerwinkels α für verschiedene Lastwinkel ϕ_L als Parameter,

Fig. 3 den relativen Stromscheitelwert k_i in Abhängigkeit vom Steuerwinkel α für verschiedene Lastwinkel ϕ_L als Parameter.

Die Erfindung geht davon aus, daß der Stromzeitverlauf einer gestellten RL-Last mathematisch formulierbar ist:

wobei û_L der Scheitelwert der Lastspannung, Z_L die Lastimpedanz, ϕ_L der Lastwinkel, α der Steuerwinkel und ω die Netz-Kreisfrequenz sind. Dadurch ist es möglich, den Wirkleistungsbedarf bereits zum Stromflußbeginn (Phasenlage α_S) vorherzusagen, wenn neben der Netzspannung û_L der Stromscheitelwert _L gemessen und die in den Figuren dargestellten drei Kennlinienscharen bereits vorab berechnet und tabellarisch gespeichert wurden.

Der Fig. 2 ist z. B. entnehmbar, daß bereits zum Stromflußbeginn (Steuerwinkel α) die in dieser Periode benötigte Wirkleistung P bestimmbar ist, wenn der Lastwinkel ϕ_L und die Bezugsleistung S₅₀ bekannt sind. Diese Vorhersage kann etwa alle 10 ms, also in jeder Netzhalbschwingung aktualisiert werden. Der Lastwinkel ϕ_L kann dazu der Fig. 1 entnommen werden, indem zusätzlich zum Steuerwinkel α die Phasenlage α_S des Stromscheitelwertes _L gemessen wird.

Die Bezugsleistung S₅₀ wird mit Hilfe der Meßwerte û_L und _L und des relativen Stromscheitelwertes k_i berechnet:

Der relative Stromscheitelwert k_i ist ebenfalls mit den Parametern Steuerwinkel α und Lastwinkel ϕ_L bestimmt (vgl. Fig. 3). Der Quotient _L/k_i gibt den maximal erreichbaren Stromscheitelwert für den Steuerwinkel α = ϕ_L an.

Zum Zeitpunkt des ersten Stromscheitelwertes (Phasenlage α_S) steht also der Wirkleistungsbedarf einer gestellten Last fest, da nach Fig. 2 neben dem Steuerwinkel α der Lastwinkel ϕ_L und die Bezugsleistung S₅₀ bekannt sind. Wird nun weiterhin angenommen, daß sowohl der Lastwinkel ϕ_L als auch die Bezugsleistung (Lastimpedanz) innerhalb der folgenden 10 ms (halben Netzperiode) ihre Werte nicht sprunghaft ändern, so kann bereits zum nächsten - und jedem darauffolgenden - Stromflußbeginn (Steuerwinkel α) mit Fig. 2 der Wirkleistungsbedarf vorhergesagt werden. Die Parameter ϕ_L und S₅₀ werden jeweils nach jedem Stromscheitelwert aktualisiert, deshalb werden auch stetige Impedanz-Lastwinkeländerungen erfaßt und bei der nächsten Vorhersage berücksichtigt.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Wirkleistung einer mittels eines Wechselstromstellers (Steuerwinkel α) gestellten RL-Last, z. B. einer Widerstandsschweißmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromscheitelwert _L gemessen wird, und folgende zwei Kennlinienscharen bereits vorab berechnet und gespeichert werden:

(1) Lastwinkel ϕ_L als Funktion des Steuerwinkels α und der Phasenlage α_S des Stromscheitelwertes _L (Fig. 1),
(2) relative Wirkleistung P/S₅₀ als Funktion des Steuerwinkels α und des Lastwinkels ϕ_L (Fig. 2),

und daß anschließend der Steuerwinkel α bei beginnendem Stromfluß gemessen und aus der Kennlinienschar die relative Grundschwingungs- Wirkleistung P/S₅₀ für diesen Steuerwinkel α und für einen bereits bekannten Lastwinkel ϕ_L, der sich aus der Kennlinie (1) für diesen Steuerwinkel α ergibt, entnommen wird, wobei die Multiplikation der relativen Wirkleistung P/S₅₀ mit der vorgegebenen Bezugsleistung S₅₀ den Wirkleistungswert P ergibt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastspannungsscheitelwert û_L gemessen wird, und daß die Bezugsleistung S₅₀ dadurch bestimmt wird, daß der halbe Lastspannungsscheitelwert û_L/2 mit dem Laststromscheitelwert _L multipliziert wird und dieses Produkt durch einen Korrekturfaktor k_i dividiert wird, wobei der Korrekturfaktor, der relativer Stromscheitelwert genannt wird, mit einer Kennlinienschar

(3) relativer Stromscheitelwert als Funktion des Steuerwinkels α und des Lastwinkels ϕ_L (Fig. 3), mit den bekannten Hilfsparametern Steuerwinkel α und Lastwinkel ϕ_L ermittelt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Kennlinienschar (1) andere, den charakteristischen Stromverlauf beschreibende Kennlinien verwandt werden, z. B.

(1a) Lastwinkel ϕ_L als Funktion des Steuerwinkels α und des an fest vorgegebener Stelle gemessenen Stromgradienten oder
(1b) Lastwinkel ϕ_L als Funktion des Steuerwinkels α und zweier Wertepaare i_L (t).